Влияние процесса виброударного упрочнения на деформации крупногабаритных деталей

• Автор: Попов, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 05.03.01, 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Обзор работ по проблемам оценки равномерности виброударного упрочнения деталей. Постановка цели и задач исследований
1.1. Технологические возможности процессов виброударного упрочнения деталей сложной формы.
1.2. Влияние неравномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений на эксплуатационные свойства изделий.
1.3. Причины возникновения и методы оценки неравномерностей формирования шероховатости и остаточных напряжений при виброударном упрочнении.
1.4. Технологические методы обеспечения равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений.
1.5. Анализ методов моделирования виброударного упрочнения и возможности их применения для посплайнового расчета технологических параметров поверхностного слоя детали.

1.6. Постановка цели и задач исследований.

2. Методика теоретических и экспериментальных исследований

2.1. Разработка методики посплайновой оценки равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений.
2.2. Методика посплайнового математического моделирования процесса виброударного упрочнения. Математическое описание динамики технологической системы
2.3. Методика теоретического определения посплайнового распределения шероховатости и остаточных напряжений.
2.4. Методика построения трехмерного отображения параметров шероховатости и остаточных напряжений.
2.5. Программное и аппаратурное обеспечение посплайновой оценки равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений.
2.6. Методика экспериментальной проверки результатов
3. Теоретическое исследование скоростных и энергосиловых параметров процесса виброударного упрочнения.
3.1. Постановка задачи математического моделирования скоростных и энергосиловых параметров процесса
3.2. Влияние амплитуды колебаний контейнера и детали на скоростные и энергетические параметры обработки.
3.3. Влияние размера инструментальных частиц на равномерность энергосиловых параметров обработки.
3.4. Исследование влияния углового положения детали в контейнере на равномерность энергосиловых параметров.
3.5. Влияние положения детали по высоте контейнера на скоростные и энергосиловые параметры
3.6. Зависимость энергосиловых параметров от конструктивного профиля сечения детали.
3.7. Исследование влияния силовых экранов на динамические параметры процесса виброударной обработки
4. Исследование влияния режимов обработки, инструментальной среды, базирования и конструкции детали на шероховатость
4.1. Особенности посплайнового исследования шероховатости
4.2. Влияние амплитуды колебаний детали и контейнера на формирование шероховатости
4.3. Зависимость посплайнового формирования шероховатости от диаметра частиц инструментальной среды
4.4. Исследование влияния расположения детали по высоте контейнера на посплайновое формирование шероховатости
4.5. Исследование влияния конструктивных особенностей детали на посплайновое формирование шероховатости.
4.6. Влияние силовых экранов на посплайновое формирования шероховатости.
4.7 Исследование трехмерной посплайновой модели шероховатости
5. Исследование влияния режимов обработки, инструментальной среды, базирования и конструкции детали на формирование остаточных напряжений.
5.1. Особенности посплайнового исследования формирования остаточных напряжений.
5.2. Влияние амплитуды колебаний детали и контейнера на формирование остаточных напряжений
5.3. Зависимость посплайнового формирования остаточных напряжений от диаметра частиц инструментальной среды
5.4. Исследование влияния базирования детали по высоте контейнера на посплайновое формирование остаточных напряжений
5.5. Исследование влияния конструктивных особенностей детали на посплайновое формирование остаточных напряжений
5.6. Влияние силовых экранов на посплайновое формирование остаточных напряжений.
5.7. Исследование трехмерной модели посплайнового формирования остаточных напряжений
6. Исследование деформации деталей при неравномерном формировании остаточных напряжений. Экспериментальная проверка
6.1 Физическая сущность влияния неравномерного формирования остаточных напряжений на снижение усталостной прочности и возникновение деформаций деталей.
6.2. Анализ деформаций при неравномерном формировании остаточных напряжений в программном комплексе .
6.3. Разработка технологических рекомендаций по обеспечению равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений
6.4. Проверка достоверности численного моделирования трехмерного посплайнового формирования остаточных напряжений.
Основные выводы и результаты.
Список литературы


У высокоскоростных крыльчаток и дисков компрессоров и турбин неравномерность формирования остаточных напряжений вызывает деформации торцевой стенки и осевую неуравновешенность, а неравномерность высотных параметров шероховатости повышение гидравлических сопротивлений и турбулентность . У цельно фрезерованных панелей и силовых балок помимо снижения усталостной прочности и долговечности, неравномерность формирования остаточных напряжений вызывает коробление и необходимость выполнения дополнительных, пригоночных и регулировочных работ при сборке в стапеле. Заметим, что согласно производственным инструкциям правка упрочненных деталей и повторное их упрочнение категорически запрещается . У крупногабаритных деталей типа цельно фрезерованных панелей, лонжеронов, рельс закрылков, балок и стыковых хорд нервюр с малой изгибной жесткостью неравномерность формирования остаточных напряжений, вызывают наиболее значительные деформации, которые нормируются как отклонения формы и расположения поверхностей. В авиационном производстве для повышения усталостной прочности и долговечности крупногабаритных деталей типа балок шасси, стыковой хорды нервюр, лонжеронов и других крупногабаритных деталей применяют технологии пневмодинамического и дробеструйного наклепа, виброударного и гравитационноударного упрочнения. Детали указанного типа обладают малой жесткостью и за счет неравномерного формирования остаточных напряжений деформируются, что создает проблемы при сборке изделия в стапеле, снижает их равнопрочность, ресурс и надежность . Принятие технических и технологических решений на интуитивном уровне или уровне простых расчетов не эффективно . Анализ работ, в которых исследуются вопросы определения влияния погрешностей оборудования на формирование технологических параметров и повышения равномерности обработки деталей, а так же описываются деформации деталей, возникающие при виброударной обработке, позволяет выделить четыре основные группы причин их возникновения неравномерностей, представленные на схеме рис. Как уже было отмечено ранее, деформации рассматриваются здесь как наиболее очевидное и поддающееся измерению следствие наличия значительных неравномерностей формирования технологических параметров. Рис. Ошибки проектирования технологии образуют первую группу. Сюда входят ошибки базирования расположения и закрепления детали в контейнере и ошибки при выборе режима обработки. Одной из причин возникновения неравномерностей при виброударной обработке деталей сложной формы является низкая точность проектирования технологии. Проектирование технологии виброударного упрочнения в настоящее время выполняется методом аналогов с низкой точностью, поэтому поиск рациональных режимов обработки осуществляется за счет многократной экспериментальной отработки процесса, что снижает технологические возможности, увеличивает время и затраты на подготовку производства, повышает риск возникновения брака дорогостоящих деталей. Деталь сложной формы, как правило, можно расположить и закрепить в контейнере несколькими способами, причем спрогнозировать наиболее эффективное расположение не всегда удается, помимо этого для эффективного расположения требуется специальная оснастка оборудования. Ошибки при выборе режима чаще всего приводят к технологическим деформациям детали. Например, режимы с повышенной амплитудой, использующиеся для интенсификации процесса и снижения продолжительности обработки, которые, как показано в работе , недопустимо использовать для деталей с малой изгибной жесткостью. К ошибочному выбору режима обработки приводят и ограничения, связанные с мощностью виброустановки. Проблемы мощности виброустановки решаются за счет увеличения продолжительности обработки, но это тоже приводит к увеличению погрешностей обработки деталей сложной формы и возникновению деформаций. Так же ошибки, связанные с выбором режима на этапе проектирования технологии могут возникнуть в следствии изучения образцовсвидетелей, закрепленных на участках детали, но не дающих полную картину формируемых технологических параметров поверхностного слоя, а как следствие, не позволяющих оценить неравномерности, возникающие при обработке всей детали.